Изучение магнитного пускателя с тепловым реле
Цель работы:
1. Изучить устройство и принцип действия магнитных пускателей.
2. Изучить устройство и принцип действия тепловых реле.
Изучить схемы управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с помощью магнитного пускателя.
Основные теоретические положения
Магнитный пускатель— это коммутационный аппарат, предназначенный для дистанционного управления трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором напряжением до бб0В, мощностью до 75 кВт. Магнитный пускатель может быть использован для частых включений и отключений и других электрических цепей.
Магнитный пускатель представляет собой комплексный аппарат, состоящий из одного или двух контакторов переменного тока и тепловых реле, размещенных в общем корпусе.
Магнитный пускатель состоит из электромагнита, контактной системы и двух встроенных тепловых реле. Электромагнит в совокупности с контактной системой представляет собой контактор переменного тока. Магнитная система выполняется с поступательным либо с вращательным движением якоря. Встроенные тепловые реле служат для защиты электродвигателя от перегрузки. Магнитные пускатели осуществляют нулевую защиту при исчезновении напряжения.
На неподвижной части магнитопровода расположена катушка. При включении катушки на переменное напряжение якорь притягивается к сердечнику. Якорь соединён с тремя главными (силовыми) замыкающими контактами и несколькими парами вспомогательных замыкающих и размыкающих контактов (блок-контактов). На магнитопроводе размещены короткозамкнутые нитки для устранения вибрации якоря.
При отключении цепи восстанавливающееся напряжение на контактах магнитного пускателя равно разности напряжения сети и ЭДС двигателя. В результате на контактах появляется напряжение, составляющее всего 15- 20% номинального значения, т.е. имеют место облегчённые условия отключения. Кроме того, устанавливаемые в большинстве случаев в силовой цепи мостиковые - контакты обеспечивают два разрыва на фазу. Всё это приводит к тому, что возникающая при отключениях электрическая дуга гаснет при первом переходе тока через нулевое значение. Это позволяет обойтись без дугогасительных устройств. Контактная пружина магнитного пускателя обеспечивает необходимую силу нажатия контактного мостика на неподвижные контакты, что снижает их нагрев и уменьшает износ.
При отключении катушки или снижении напряжения на её зажимах ниже, допустимого значения якорь возвращается в исходное положение.
Главные контакты коммутируют силовую цепь. Они рассчитаны на определённый номинальный ток, зависящий от габаритов (величины) магнитного пускателя или контактора. К зажимам Л1, Л2, Л3 подключают провода от питающей трехфазной сети, а к зажимам С1, С2, С3 - провода, идущие к электродвигателю.
Вспомогательные контакты отличаются меньшими размерами, рассчитаны на небольшой ток и предназначены для использования в цепях управления, блокировки и сигнализации.
Рис.4. 1 Нереверсивная схема управления асинхронным двигателем
Управление магнитным пускателем осуществляется с помощью кнопочной станции (рис. 4.1), которая имеет кнопку «Пуск» с замыкающими контактами, и кнопку «Стоп» с размыкающими контактами. Обе кнопки
имеют автоматический возврат в исходное положение после их нажатия. Нажатие пусковой кнопки SB1 обеспечивает включение цепи катушки КМ. Замкнувшиеся главные контакты КМ (рис. 4.1) подают напряжение трехфазной сети на зажимы электродвигателя. Одновременно включаются вспомогательные замыкающие контакты КМ, соединённые параллельно пусковой кнопке SВ1. При опускании кнопки «Пуск» катушка получает питание через включившиеся блок-контакты КМ. Нажатие кнопки «Стоп» прерывает питание катушки КМ, отключая электродвигатель.
Электромагниты контакторов обеспечивают надёжную работу при колебаниях напряжения на зажимах катушки в пределах (0,85-1,1) номинального значения. Длительное повышение напряжения свыше 1,1 Uномнежелательно из-за возможного перегрева катушки и возрастания механического удара якоря о полюсы магнитной системы при включении контактора, что сокращает срок его службы. Снижение напряжения ниже 0,85 Uномуменьшает силу, удерживающую якорь, до критического значения. Коэффициент возврата контакторов переменного тока находится в пределах 0,6-0,7. Относительно высокий коэффициент возврата позволяет использовать магнитные пускатели для защиты электродвигателей от снижения или исчезновения напряжения питающей сети.
Магнитные пускатели имеют встроенные тепловые реле, которые обеспечивают автоматическое отключение контактора при токе нагрузки, длительно превышающем номинальный ток. В тепловом реле (рис. 4.2)
контролируемый ток силовой цепи проходит по нагревательному элементу 1, который выполнен в виде спирали из провода с большим удельным сопротивлением и намотан на биметаллической пластине 2. При этом размыкающие контакты З, включенные в цепь катушки контактора, замкнуты. При перегрузке током биметаллическая пластина нагревается, деформируется и освобождает рычаг 4, который под действием пружины 5 поворачивается в направлении против часовой стрелки, а пружина б размыкает контакты реле. В исходное положение рычаг можно вернуть нажатием кнопки возврата 7 после охлаждения биметаллической пластины, а вместе с ней и защищаемого электродвигателя. Тепловое реле характеризуется током срабатывания Iср— это минимальное значение тока, при котором срабатывает реле.
Нагревательные элементы тепловых реле ККI, КК2 включают в две фазы силовой цепи (рис. 4.1), а размыкающие контакты ККI, КК2 вводят в цепь управления и соединяют последовательно с катушкой контактора КМ, что при срабатывании реле приводит к автоматическому отключению электродвигателя от питающей сети. Тепловое реле не может реагировать мгновенно на токи короткого замыкания. Поэтому последовательно с магнитным пускателем (как правило, до него) необходимо устанавливать дополнительно плавкие предохранители или автоматические выключатели с электромагнитными расцепителями. Промышленность выпускает тепловые реле со сменными нагревательными элементами, рассчитанные на номинальные токи в пределах от 0,5 до 150 А.
Рис 4. 2. Схема теплового реле: 1-нагревательный элемент; 2- биметаллическая пластина; 3-контакты; 4-рычаг; 5, 6-пружины
Кроме описанных выше, применяются реверсивные магнитные пускатели, позволяющие включать электродвигатели в прямом и обратном направлениях. На рис. 4.3 приведена принципиальная схема, управления электродвигателем с помощью реверсивного магнитного пускателя.
В схемах управления реверсивными электроприводами недопустимо одновременное включение контакторов обоих магнитных пускателей (КМ 1 и КМ2), поскольку это приведёт короткому замыканию между двумя фазами в силовой цепи. Поэтому в таких схемах в обязательном порядке должна выполнятся электрическая блокировка; в цепь катушки пускателя (КМ 1) последовательно включают размыкающий вспомогательный контакт пускателя (КМ2) и, наоборот, — в цепь катушки пускателя (КМ2) последовательно включается размыкающий вспомогательный контакт пускателя (КМ 1).
В конструкции реверсивного пускателя предусмотрена также механическая блокировка, препятствующая одновременному включению контакторов. Механическая блокировка дополняет электрическую блокировку, делая работу схемы более надёжной.
Рис 4.3. Реверсивная схема управления трехфазным асинхронным двигателем
Наибольшее распространение получили магнитные пускатели серий ПМЕ и ПА. Пускатели серии ПМЕ выпускаются 0, 1 и 2 габаритов, пускатели серии ПА выпускаются 3-6 габаритов. Габарит (величина) магнитного пускателя характеризует его допустимый ток:
|
Габарит |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Номинальный ток при U=380 В, А |
3 |
10 |
25 |
40 |
63 |
110 |
146 |
Структура условного обозначения магнитных пускателей: ИМЕ, ПА—серия 1-я цифра — габарит (0-6); 2-я цифра — исполнение: (1 открытое; 2— защищенное; З — пылеводонепроницаемое);
3-я цифра — характер вращения электродвигателя и наличие тепловых реле: (1—нереверсивный без теплового реле; 2—нереверсивный с тепловым реле; 3—реверсивный без теплового реле; 4—реверсивный с тепловым реле).
Порядок выполнения работы
1. Изучить устройство и принцип действия магнитного пускателя, обратив внимание на конструкцию и расположение катушки, якоря электромагнита, короткозамкнутого нитка, силовых и вспомогательных контактов.
2. Изучить устройство и принцип работы теплового реле.
3. Изучить нереверсивную и реверсивную схемы управления асинхронным электродвигателем с помощью магнитного пускателя (рис. 4.1 и рис. 4.2).
4. Испытать на лабораторном стенде реверсивную схему управления асинхронным двигателем с помощью магнитного пускателя. Схема собрана на стенде №2. Убедиться в наличии электрической блокировки в схеме. Для этого при включенном электродвигателе «Вперёд» попытаться включить кнопку «Назад».
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назначение, устройство и принцип действия магнитного пускателя.
2. Назначение, устройство и принцип работы теплового реле.
3. Объясните работу электрических схем, представленных на рисунках.
4. В чём отличие магнитного пускателя от контактора?
5. Расскажите структуру условного обозначения магнитных пускателей.
6. Как осуществляется защита электродвигателей от перегрузок и токов короткого замыкания?
Лабораторная работа №5